《自动检测技术与装置》课件四节

第四节物位检测仪表常用的物位检测方法:静压式物位计浮力式物位计电气式物位计声学式物位计射线式物位计第四节物位检测仪表它们归纳为以下几个检测原理:基于力学原理基于相对变化原理基于某强度性物理量随物位的升高而增加原理第四节物位检测仪表二、静压式液位计

检测原理容器中某点的静压力和容器内物位的高度有关：

ρ为介质的密度，对于固体颗粒，ρ应理解为堆积密度第四节物位检测仪表由于物料（液体）上方的自由空间有压力p0,则根据静力学原理，有因此要知道物位，需要测出压力容器下部某些与上部自由空间之间的压力差。为此要用差压传感器。静压式液位计第四节物位检测仪表实现方法对于液位测量，一般可在容器壁面开孔，安装压力（差压）传感器；对于不易在壁面开孔（常压容器）或容器在地面以下的，可导用投入式压力传感器，将压力传感器投到容器的底部。通过电缆线传输压力信号静压式液位变送器第四节物位检测仪表量程迁移无迁移设差压变送器正、负压室所受到的压力分别为和，则有可见差压变送器未受任何附加静压；差压变送器无需迁移第四节物位检测仪表负迁移设隔离液的密度为，这时差压变送器正、负压室所受到的压力分别为由于要迁移的量为负值，因此称负迁移第四节物位检测仪表正迁移设连接负压室与容器上部取压点的引压管中充满气体，并忽略气体产生的静压力，则差压变送器正、负压室所受的压力为第四节物位检测仪表三、浮力式液位计

原理：基于浮力原理，适用于液位的检测。浮力式物位检测有两种方法：恒浮力式，变浮力式。磁浮子液位计第四节物位检测仪表如图是一用弹簧平衡的浮筒的测量原理图，将一截面相同，质量为m的圆筒形空心金属浮筒悬挂在弹簧上，当h＝0时，浮筒的重量被弹簧的反作用所平衡。当液位变化使浮筒的一部分被液位浸泡时，由于受到液位的浮力作用而使浮筒向上移动，直到与弹簧的反作用力重新平衡。设此时弹簧的位移为△x，则第四节物位检测仪表四、电容式物位计原理：把物位的变化变换为电容量的变化；检测元件常为一个圆筒式的电容器。由两个长度为L，半径分别为R和r的圆筒形金属导体中间隔以绝缘物质构成圆筒形电容器。第四节物位检测仪表当两圆筒中间所充介质介电常数为ε0的气体时，则该圆筒间的电容量为：如果电极的一部分被另一部分介电常数为ε的液体（物料）所浸没时，设上半部分介质的介电常数仍为ε0，浸没的部分长度为l，则电容器上半部分的电容器为：下半部分为：第四节物位检测仪表可见，当几何尺寸一定，ε，ε0不变时，电容的变化量是被测介质物位l的线性函数。如果被测介质为导电性液体，电极要用绝缘物覆盖作为中间介质，而液体和外圆筒一起作为外电极。设中间介质的介电常数为ε1，电极浸没的长度为l，则电容器的电容量为：第四节物位检测仪表电容式物位检测方法最主要要考虑温度对介电常数的变化的影响；其次是物位对电容器的电容量变化值很小，往往只是几微法至几百微法，易受干扰影响，电容测量比较困难电容式料位计电容式液位计第四节物位检测仪表五、超声波物位计

检测原理

超声波一般频率高于20kHz。超声波的发射和接收通常有超声波换能器实现的，目前最广泛的超声波换能器是电—声换能器，压电晶体换能器就是常用的换能器之一超声波物位检测的基本原理就是根据声波在介质中传播速度，衰减以及在界面的反射等特性进行第四节物位检测仪表当声波从一种介质向另一种介质传播时，在两种密度不同、声速不同的介质的分界面，将产生反射和折射，其中反射率为：Z1=ρ1v1,Z2=ρ2v2,其中v1、v2为声波在介质1和2中的传播速度当声波从气体传播到液体或固态，或者相反的情况下，由于两种介质的密度相差悬殊，声波几乎全部被反射第四节物位检测仪表在容器底部安装一只超声波发射器和一只接收器（也可以只用一个探头轮换发射和接收超声波脉冲），设声速为v，实际物位高度为H，则从发射到接收所需时间t为对于一定的气体来说，v是已知的，因此，可以用测时间的方法确定出物位的高度测量液位时，超声波探头也可置于容器的顶部，其原理是一样的模型演示第四节物位检测仪表超声波的接收和发射超声波的接收和发射是基于压电效应和逆压电效应实现方法超声波传播速度的补偿方法有：温度补偿设置校正具固定距离标志法超声液位（物位）计第四节物位检测仪表四、其它物位计

射线式物位计检测原理当射线穿过一定的物质，由于物质的吸收，其穿透强度随物质的厚度而减小，其变化规律为

μ－介质对射线的吸收系数不同的材料有不同的吸收系数，一般固态最大，液体其次，气体最小。第四节物位检测仪表检测系统组成射线源探测器电子线路γ射线料位计第四节物位检测仪表实现方法放射源可以是一个点源，也可以做成线源，接收器同样可以是单点或是线状的。因此用放射线进行物位检测有多种方式，常用的如图所示模型演示第四节物位检测仪表微波物位计

微波物位计又称雷达物位仪，微波物位计运用了微波的特性，在一定条件下，微波传播速度是一定的，所以可以通过测量微波从传感器传播至物料表面并返回到传感器所用的时间来计算出所测量的物位雷达液位计第四节物位检测仪表微波

超声波波类型电磁波机械波反射特性在不同介电常数的界面上反射在不同声阻抗的界面上反射压力影响微不足道很小温度影响微不足道需温度补偿传播速度约（真空中）

（空气中，20℃）测量盲区到天线顶端离辐射面＞250㎜动态范围高达150dB高达100dB传播环境很少受气相环境影响要求均一的气体环境微波物位计和超声波物位计的主要差别的比较第四节物位检测仪表微波物位计有以下主要特点：测量准确可靠性强、寿命长几乎可以测量所有介质安全节能第四节物位检测仪表